基于增量学习的SAR图像目标识别方法研究

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伴随合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像技术的逐步发展与完善,SAR图像在军事目标监测、国土资源、农业林业、地球资源勘探等方面得到了广泛的应用,在多个领域中都发挥着不可替代的作用。同时随着计算机内存、显卡等迎来更新换代,计算机的计算能力得到了显著提升,深度学习图像识别算法研究也就随之得到了越来越多的关注。目前基于深度学习的SAR图像识别算法越来越成熟,但是传统的识别算法都是在训练阶段利用全部的数据集一次性得到具有识别样本数据集类别目标能力的网络,并没有办法应对不断增加不同类别样本的训练数据,很难使网络具备面对不断增加的数据样本持续学习的能力,若是按照传统深度学习目标识别算法,不仅在数据增加的时候网络训练耗时增加,更是需要保存所有的旧样本数据,增加存储资源消耗。但是在现实世界中,目标样本往往很难一次性得到,所以提出针对SAR图像的增量学习算法是很有必要的。增量学习算法能让模型在保留一定对旧任务识别能力的情况下,让模型添加对新任务的识别能力,并且不需要利用全部旧数据样本进行联合训练。增量学习(Incremental Learing)所指的是一种机器学习系统能够持续地在新样本中学习到最新的东西,同时也能够保留所有曾经所学到的东西。针对SAR图像增量学习的问题,本文使用了了基于回放的增量学习算法,并对这种算法展开了研究。基于回放的增量学习算法最主要的思想就是保存部分旧类别样本,在面对增量学习任务时,利用旧样本进行回放,以缓解灾难性遗忘给网络带来的负面影响。并且本文提出使用缩小样本特征向量类内距的损失函数作为正则项,构建损失函数训练增量学习网络,使样本特征向量的类间距缩小,从而更有利于最邻近分类器经行样本分类预测,并且经过实验验证算法的可行性并且具备可观的识别准确率。基于回放的增量学习算法在增量过程中难以避免的会遇到训练数据类别不平衡问题,本文针对上述问题,对重采样算法进行了研究,并将其融入增量学习算法流程中。基于回放的增量学习算法在面对增量任务时,因为之前只保留了部分旧样本数据,所以就会面临数据不平衡的问题。为此,本文提出了一种基于重采样的增量学习方案。它的基本原理是利用旧类样本特征向量距离样本中心点的距离进行加权采样,而且在不同类别之间采取同种样本抽样方式。最后,本文通过实践证明了算法的可行性,并且在输出的高识别率上也呈现了良好。
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